Name: a cross-disciplinary and multi-modal experimental design for studying near-real-time authentic examination experiences
Uploaded: 2019-09-04T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Cross-Disciplinary and Multi-Modal Experimental Design for Studying Near-Real-Time Authentic Examination Experiences at JoVE.com

Detta material är baserat på arbete som stöds delvis av National Science Foundation (NSF) No. EED-1661100 samt en NSF GRFP Grant ges till Darcie Christensen (nr 120214). Alla yttranden, resultat, och slutsatser eller rekommendationer som uttrycks i detta material inte nödvändigtvis återspeglar de av NSF eller USU. Vi vill tacka Sheree Benson för hennes vänliga diskussioner och rekommendationer för vår statistiska analys.
Författare bidrag i detta dokument är följande: Villanueva (Research design, datainsamling och analys, skrivande, redigering); Husman (forskningsdesign, datainsamling, skrivande, redigering); Christensen (datainsamling och analys, skrivning, redigering); Youmans (insamling och analys av data, skrivning och redigering); Khan (datainsamling och analys, skrivande, redigering); Vicioso (datainsamling och analys, redigering); Lampkins (datainsamling och redigering); Graham (datainsamling och redigering)

Förfaranden godkändes av den institutionella Granskningsnämnden (IRB) under en allmän översyn vid Utah State University för studier om mänskliga ämnen och användning av dessa konstruktioner. De typiska resultaten inkluderar två terminer av en Engineering Statik kurs, var och en med en något annorlunda experimentell installation, vid en västerländsk institution för högre utbildning i USA. Övningsprov, vars innehåll parallellt de faktiska proven, utvecklades av kursens instruktör och användes för vår s...

Även om fysiologiska åtgärder har använts i många autentiska inlärnings sammanhang, är det viktigt att utforma en studiemiljö som är uppmärksam på gränserna för den nuvarande tekniken. Vår design balanserar behovet av en autentisk testmiljö och rymmer tekniken. Bekvämt begränsa deltagarnas rörelse, minska oavsiktliga avbrott och tidsstämplar deltagarnas test svar är alla kritiska steg i protokollet.
Utrymmet och bekostnad av elektrodermala sensorn enheter kan göra studien ...

Psykologer har länge förstått vikten av människors känslor för att belysa deras beteenden1. Inom studiet av utbildning, akademiska prestation känslor (AEE) har blivit fokus för Emotion Research2. Forskare som använder AAE hävdar att situationsanpassat sammanhang studenterna befinner sig i är viktiga att tänka på när man undersöker elevernas känslor. Eleverna kan uppleva testrelaterade, klassrelaterade eller inlärningsrelaterade känslor som involverar multikomponentprocesser, inklusive affektiva, fysiologiska, motiverande och kognitiva komponenter. AEE uttrycks i två former: Valence (positiv/negativ) och aktivering (fokuserad/ofokuserad energi). Positiva aktiverande känslor, såsom njutning, kan öka reflekterande processer som Metacognition, medan positiva deaktiverande känslor som stolthet kan resultera i låga nivåer av kognitiv behandling. Negativa aktiverande känslor som ilska och ångest kan gnista engagemang, medan negativa deaktiverande känslor som hopplöshet kan dämpa motivationen3,4,5. Akademiska känslor bidrar till hur vi lär, uppfattar, beslutar, svarar och problem lösa2. För att reglera akademiska känslor, måste en individ ha egen effekt (se)6,7,8, vilket är deras förtroende för deras förmåga att anställa kontroll över sin motivation, beteende och sociala miljö 6. Self-effektivitet och akademiska känslor hänger samman, där lägre själv effekt är knuten till negativa deaktiverande känslor (t. ex. ångest, ilska, tristess) och högre själv effekt är knuten till positiva aktiverande känslor (t. ex., lycka, hopp, spänning)6,7,8. Se tros också vara starkt knuten till Performance6,7,8.
Forskning som har undersökt klassrummets känslor har förlitat sig på själv rapporter, observationer, intervjuer och artefakter (t. ex. tentor, projekt)9,10. Även om dessa metoder ger rik sammanhangsberoende information om elevernas klassrums upplevelser har de betydande begränsningar. Till exempel, intervjuer, observationer och själv rapporter förlitar sig på individers introspektioner10. Andra metoder har försökt att undersöka akademiska känslor mer proximalt än tidigare forskare, såsom de som bygger på erfarenhet-provtagning metoder där forskare be eleverna att rapportera om sina känslor under skoldagen11. Även om denna forskning ger oss möjlighet att rapportera elevernas känslor mer exakt, detta arbete förlitar sig på själv-rapport metoder och tillåter inte för realtid rapportering som eleverna måste pausa sitt arbete på tentamen för att ta itu med erfarenheten undersökningen.
Nyligen har forskare börjat ta itu med farhågor om själv rapportåtgärder genom användning av biologiska eller fysiologiska åtgärder av Emotion9, som i kombination med andra instrument eller tekniker såsom undersökningar, observationer, eller intervjuer, består av en multimodal form av datainsamling för pedagogisk och psykologisk forskning12. Till exempel används biologiska tekniker, inklusive saliv-Biomarkers, för att förstå den roll som biologiska processer har på kognition, känslor, inlärning och prestation13,14,15. För kognitiva processer, androgener (t. ex., testosteron) har kopplats till olika rumsliga erkännande mönster hos vuxna och barn16,17 medan hypotalamus-hypofys-adrenokortikala hormoner (t. ex., kortisol) och adrenerga hormoner (t. ex. saliv α-amylas eller sAA) är kopplade till stress lyhördhet bland individer18,19,20.
ELECTRODERMAL aktivitet (EDA) representerar ett fysiologiskt mått på aktiveringen av det autonoma nervsystemet (ans) och är kopplat till ökad aktivering av systemet, kognitiv belastning, eller intensiva känslomässiga svar21,22 ,23. I Examinations aktiviteter påverkas EDA av fysisk rörlighet21,22, kroppsliga och omgivande temperaturer24,25,26,27, och orm av tankar28, samt känslighet och graden av anslutning av analog-digitala elektroder till huden29.
Även om dessa kan vara begränsningar för att använda EDA, denna teknik kan fortfarande ge värdefull insikt i vad som händer under nästan realtid undersökningar och kan fungera som ett lovande verktyg för att utforska AEE och i omfattning, egen effekt. Som ett resultat, en korrekt bild av elevernas AEE kan erhållas genom en kombination av undersökningsmetoder, att bestämma valens av känslor, och fysiologiska och biologiska data, för att mäta aktiveringen av denna känsla. Detta dokument bygger på en tidigare publikation om Examinations verksamhet30 och utvidgar omfattningen av detta arbete till att omfatta multimodala metoder (med erfarenhet-provtagning undersökningar, EDA sensorer och saliv-Biomarkers) i ett undersöknings scenario. Det är viktigt att nämna att det protokoll som beskrivs nedan tillåter att flera deltagaruppgifter samlas in samtidigt inom en enda experimentell miljö.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.1 cu ft medical freezer</td>
			<td>Compact Compliance</td>
			<td># bci2801863</td>
			<td>They can use any freezer as long as it can go below -20 degrees Celsius; these can be used to store salivary samples for longer periods of time (~4 months) before running salivary assays.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camping Cooler</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>(any size/type)</td>
			<td>Can be used to store salivary samples during data collection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E4 sensor</td>
			<td>Empatica Inc</td>
			<td>E4 Wristband Rev2</td>
			<td>You can use any EDA sensor or company as long as it records EDA and accelerometry</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDA Explorer</td>
			<td>https://eda-explorer.media.mit.edu/</td>
			<td>(open-source)</td>
			<td>Can be used to identify potential sources of noise that are not necessarily due to movement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laptops</td>
			<td>Dell</td>
			<td>Latitude 3480</td>
			<td>They can use any desktop or laptop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ledalab</td>
			<td>http://www.ledalab.de/</td>
			<td>(open-source)</td>
			<td>Can be used to separate tonic and phasic EDA signals after following filtration steps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>https://www.mathworks.com/products/matlab.html</td>
			<td>(version varies according to updates)</td>
			<td>To be used for Ledalab, EDA Explorer, and to create customized time-stamping programs.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Salivary Alpha Amylase Enzymatic Kit</td>
			<td>Salimetrics</td>
			<td>&#8206;# 1-1902</td>
			<td>For the salivary kits, you should plan to either order the company to analyze your samples and/or go to a molecular biology lab for processing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Salivary Cortisol ELISA Kit</td>
			<td>Salimetrics</td>
			<td># &#8206;1-3002</td>
			<td>For the salivary kits, you should plan to either order the company to analyze your samples and/or go to a molecular biology lab for processing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Testing Divider (Privacy Shields)</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>#60005</td>
			<td>They can use any brand of testing shield as long as they cover the workspace</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Web Camera</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Logitech c920</td>
			<td>They can use any web camera as long as it is HD and 1080p or greater</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a cross-disciplinary and multi-modal experimental design for studying near-real-time authentic examination experiences

Under de senaste tio åren har forskningen om elevernas känslor i utbildningsmiljöer ökat. Även om forskare har krävt fler studier som förlitar sig på objektiva mått av känslomässig erfarenhet, finns det begränsningar för att utnyttja multimodala datakällor. Studier av känslor och känslomässiga reglering i klassrum bygger traditionellt på enkät instrument, erfarenhet-provtagning, artefakter, intervjuer, eller observations förfaranden. Dessa metoder, medan värdefulla, är främst beroende av deltagare eller observatör subjektivitet och är begränsad i sin autentiska mätning av elevernas realtidsprestanda till en klassrummet aktivitet eller uppgift. Den senare, i synnerhet, utgör en stötesten för många forskare som försöker objektivt mäta känslor och andra relaterade åtgärder i klassrummet, i realtid.
Syftet med detta arbete är att presentera ett protokoll för att experimentellt studera elevernas realtidssvar på examens erfarenheter under en autentisk bedömnings situation. För detta, ett team av pedagogiska psykologer, ingenjörer och ingenjörsutbildning forskare utformat ett experimentprotokoll som behöll de gränser som krävs för noggrann fysiologisk sensor mätning, bästa praxis i saliv insamling, och en autentisk testmiljö. I synnerhet, befintliga studier som förlitar sig på fysiologiska sensorer bedrivs i experimentella miljöer som är bortkopplade från pedagogiska inställningar (t. ex., Trier stress test), fristående i tid (t. ex., före eller efter en uppgift), eller införa analys fel (t. ex. användning av sensorer i miljöer där studenter sannolikt kommer att flytta). Detta begränsar vår förståelse av elevernas realtidssvar på klassrumsaktiviteter och-uppgifter. Vidare har ny forskning krävt att fler överväganden ska täckas kring rekryteringsfrågor, replikerbarhet, validitet, uppställningar, datarensning, preliminär analys och särskilda omständigheter (t. ex. genom att lägga till en variabel i försöks design) i akademiska känslor forskning som bygger på multimodala metoder.

I denna studie, vi var intresserade av att studera influenser av själv-effektivitet, prestanda, och fysiologiska (EDA sensorer) och biologiska (sAA och kortisol) svar på grundutbildning ingenjörsstudenter som de tog en praktik examen. De uppgifter som visas är en representativ delmängd av proverna: (a) en som övervägde undersökningar och elektrodermala sensorer (experimentdesign a) och (b) en som inkluderade samma tentamen tillsammans med data från saliv-biomarkör (experimentdes...

Watch this Scientific Journal Video about A Cross-Disciplinary and Multi-Modal Experimental Design for Studying Near-Real-Time Authentic Examination Experiences at JoVE.com

A Cross-Disciplinary and Multi-Modal Experimental Design for Studying Near-Real-Time Authentic Examination Experiences

En experimentell design har utvecklats för att undersöka realtids påverkan av en Examinations erfarenhet för att bedöma de känslomässiga realiteter studenterna upplever i högre utbildning inställningar och uppgifter. Denna formgivning är resultatet av ett tvärvetenskapligt (t. ex. pedagogisk psykologi, biologi, fysiologi, ingenjörskonst) och multimodal (t. ex. spott markörer, undersökningar, elektrodermala sensorer).

En tvärvetenskaplig och multimodal experimentell design för studier i nära real tid av autentiska Examinations erfarenheter

Over the past ten years, research into students&#39; emotions in educational environments has increased. Although researchers have called for more studies ...

Protokollet tillåter forskare inom samhällsvetenskap, psykologi, utbildning, ingenjörsvetenskap och andra discipliner som är intresserade av att använda biometri och flera tekniker för att förstå undersökning, klassrum och liknande autentiska upplevelser. Den största fördelen med denna teknik är att den syftar till att hitta de potentiella källorna till buller på grund av rörelse artefakter i data. Också, protokollet är enkelt att genomföra och minimerar användningen av dyr programvara.Medan diagnostisera en sjukdom är inte vårt avsedda mål, den teknik vi använder genom elektrodermala sensorer och salivary biomarkörer har potential att upptäcka fysiologiska och biologiska avvikelser i en deltagare. Denna metod kan ge insikt i pedagogisk psykologi forskning utforska motiverande och känslomässiga konstruktioner i klassrummet. Det kan också användas i marknadsföring, affärer, design och andra forskningsområden som involverar en individs kognitiva och känslomässiga processer.Den huvudsakliga kamp en forskare kommer att ha med denna metod är att tidssynka de händelser som de syftar till att studera samtidigt som man står för begränsningarna i befintliga fysiologiska och biologiska tekniker. Det är viktigt att förstå processen för elektrodermal aktivitet, särskilt den arbetsprocess av elektrodermala sensorer, eftersom de befintliga tekniker för öppen källkod filtrering är begränsade. Med tanke på att denna teknik syftar till kvasi-experimentella mönster med hjälp av flera tekniker och disciplinära expertis, en visuell demonstration av denna metod är avgörande för att forskare att bevittna de parallella och samordnade åtgärder som behövs för att framgångsrikt utföra denna metod.Börja med att ställa in en arbetsyta med minimala distraktioner. Ett oavsiktligt aktiverat startle-svar kan skapa en betydande ökning av elektrodermal aktivitet, eller EDA. Se till att presentationen av enkätfrågan är synkroniserad till elektrodermal sensor.Använd den interna klockan på datorn för att upprätta en tidsram för datainsamling, och om du använder några Bluetooth-aktiverade elektrodermala sensorer, synkronisera gånger i Greenwich Meridian Time. Det är viktigt att alla instrument, inklusive undersökningar, examensprotokoll, elektrodermala sensorer och webbkameror synkroniseras till samma tid, så det finns ingen förskjutning i inspelningstider för varje datakälla. Om det behövs, ställ in webbkameror för att mäta deltagarens ansikte i olika vinklar.Se manuskriptet för rekommendationer om kamerapositionering. För elektrodermala sensoravläsningar, utse en tidsperiod under vilken deltagarna är i ett avslappnat tillstånd för att fastställa EDA-data vid baslinjen. Instruera deltagarna att stirra på testskölden i fem till 15 minuter i början av examen, eller programmera denna kö i datorn.För att samla salivprover, förbered en kylare med torris som har en inre temperatur på minus 20 grader Celsius. Detta kommer att förhindra rumstemperatur nedbrytning av enzymer för kortisolprover. Om du använder metoden för uppsamling av kompresser, instruera deltagarna att hålla svabben antingen i innerkinden eller under tungan i 60 sekunder.Utveckla ett flaggningssystem som gör det möjligt för deltagarna att meddela forskaren när det salivära provet är redo att samlas in. Som förberedelse för experimentet, pre-schema deltagare till en undersökning session, bedöma någon medicinsk information och kostvanor, notera hand dominans för EDA insamling, och påminna deltagarna att undvika konsumtion av sockerhaltiga eller koffeinhaltiga produkter på dagen för experimentet. Före deltagarens ankomst, se till att sensorerna är korrekt kalibrerade, programuppdateringar har tagits om hand, och sensorerna har torkats med 70%-alkoholservetter.Montera EDA-sensorn på deltagarens icke-dominanta handled genom att placera sensorn med knappen vänd nedåt mot tummen. Har deltagaren dra en imaginär linje från utrymmet mellan det andra och tredje fingret till deras mitt-handleden område, och placera sensorn elektroder där. Be deltagarna att justera sensorremmarna.När du startar sensorn, följ tillverkarens protokoll för att säkerställa att de är inställda för att samla in data. För de enheter som används i det här protokollet trycker du ned sensorknappen i tre sekunder. En grön lampa blinkar periodvis, följt av ett rött blinkande ljus, och sedan fade-out.Under uttoning trycker du en gång på knappen en sekund, och om den blinkar rött, spelar den in data. Du stänger av sensorn genom att trycka på knappen i tre sekunder. Det gröna ljuset längst ner på armbandet kommer att blekna.Hämta data från sensorn genom att ansluta den till datorn och ladda upp dem i det hanterande programvarusystemet. Om du samlar salivary prover, häll ett uns vatten för deltagarna vid ankomsten till experimentrummet, och be dem att swish och svälja den. Under undersökningen, använda tid uppmanar cue deltagare när det är dags att samla saliv.Låt 60 sekunder för provinsamling, och returnera dem till undersökningen. Vid uppsamling av salivprover, använd färska nitrilhandskar för att minimera eventuell dammpartikel eller förorening från handoljor som ska överföras till provflaskan. Omedelbart överföra proverna till den förberedda kylaren med den inre temperaturen på minus 20 grader Celsius.Om du vill tillhandahålla en autentisk testningsupplevelse bör du rådgöra med kursläraren för att justera examensinnehållet med kursinnehåll och välja en utvärdering av kursinnehållet som kan replikeras i en experimentell inställning. Säkerställ också att testningsmiljön paralleller den experimentella inställningen. Rymma för avbrott i test-taking genom att tilldela ytterligare test-tar tid och utforma provet programmet för att återvända studenter till en viss tentamen problem om en undersökning snabb avbröt dem.Se till att avbrottstiden är konsekvent mellan deltagarna. Inkludera kalibrering och avkoppling perioder under hela examen erfarenhet genom att börja med en enkel fråga och låta deltagarna 30 sekunder att vila i mellan varje examen fråga. Slutligen, se till att tidsstämpling programmet står för eventuella ändringar i undersökningen för att möjliggöra för datakälla matchning.Det är viktigt att kalibrerings- och avslappningsperioder redovisas i protokollet, särskilt för elektrodermala sensorer och salivary biomarkörer, eftersom baslinjevärden behövs för att bestämma signalbrus eller extremvärden. Två experimentella konstruktioner testades, design A med EDA-sensorer och undersökningar och design B med tillsatta salivary biomarkörer. Även om tentamenssvårlighet var densamma, hittades motsatta skillnader i de genomsnittliga EDA-värdena mellan de korrekta och felaktiga svaren över olika själveffektpoäng.För experimentell design B, medelvärdet EDA, samt kortisol och salivary alfa-amylas, eller sAA, mättes i början, mitten, slutet och 20 minuter efter tentamen. EDA-nivåerna minskade från början till slutet av examen men återhämtade sig 20 minuter efter, en trend som var parallell med både kortisol och sAA. Statistisk signifikans hittades mellan EDA och sAA i början och mitten av examen, medan EDA och kortisol visade betydelse mellan mitten och slutet av examen.Vid 20-minuters märket, EDA och sAA, samt kortisol och sAA, visade betydelse mellan varandra. Vänligen se till att synkronisering av instrument och protokoll automatiseras så mycket som möjligt, och kontrollera om det finns fel innan experimentets början. Detta förfarande möjliggör integration av andra biometri, såsom ögat triggers, elektromyografer, liksom andra former av tjänst som inkluderar öppna frågor och video uppmaningar, bland annat.Denna teknik kan användas av forskare för att utforska sambanden mellan kognition, påverka, fysiologi och prestanda.

Research

JoVE Journal

Behavior

Simultaneous Scalp Electroencephalography (EEG), Electromyography (EMG), and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

Simultaneous Scalp Electroencephalography EEG, Electromyography EMG, and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

Samtidig Scalp elektroencefalografi (EEG), Elektromyografi (EMG), och hela kroppen segment Tröghetsutrustning inspelning för Multi-modal Neural avkodning

Recent  studies support the involvement of supraspinal networks in control of bipedal  human walking. Part of this evidence  encompasses studies, ...

Examination of Rapid Dopamine Dynamics with Fast Scan Cyclic Voltammetry During Intra-oral Tastant Administration in Awake Rats

Undersökning av Rapid dopamin Dynamics med snabb skanning cyklisk voltammetri Under intraoral Tastant Administration i Awake råttor

Rapid, phasic dopamine (DA) release in the mammalian brain plays a critical role in reward processing, reinforcement learning, and motivational control. ...

Experimental Assessment of Mouse Sociability Using an Automated Image Processing Approach

Experimentell Bedömning av mus Sällskaplighet hjälp av en automatiserad bildbehandling Approach

Mouse is the preferred model organism for testing drugs designed to increase sociability. We present a method to quantify mouse sociability in which the ...

Asymmetric Walkway: A Novel Behavioral Assay for Studying Asymmetric Locomotion

Asymmetric Gångväg: A Novel Behavioral analys för att studera Asymmetric Locomotion

Behavioral assays are commonly used for the assessment of sensorimotor impairment in the central nervous system (CNS). The most sophisticated methods for ...

The Social Dimension of Stress: Experimental Manipulations of Social Support and Social Identity in the Trier Social Stress Test

Den sociala dimensionen av stress: experimentella manipulationer av socialt stöd och social identitet i Trier Social Stress Test

In many situations humans are influenced by the behavior of other people and their relationships with them. For example, in stressful situations ...

An Experimental Analysis of Children's Ability to Provide a False Report about a Crime

En Experimental Analys av barns förmåga att tillhandahålla en falsk rapport om ett brott

A considerable amount of research has evaluated children's lie-telling behaviors and skills1-2; however, limitations with the tasks used for eliciting ...

Determining Pain Detection and Tolerance Thresholds Using an Integrated, Multi-Modal Pain Task Battery

Fastställande Smärta Detection och toleranströsklar hjälp av en integrerad, multimodal Pain Task Batteri

Human pain models are useful in the assessing the analgesic effect of drugs, providing information about a drug&#39;s pharmacology and identify ...

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

En trådlös, dubbelriktad Interface för In Vivo inspelning och stimulering av Neural aktivitet i fritt bete råtta

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

A Visual Guide for Studying Behavioral Defenses to Pathogen Attacks in Leaf-Cutting Ants

En visuell Guide för att studera beteendemässiga försvar att patogenen attacker i blad-skärning myror

The complex lifestyle, evolutionary history of advanced cooperation, and disease defenses of leaf-cutting ants are well studied. Although numerous studies ...

Multi-Modal Signals for Analyzing Pain Responses to Thermal and Electrical Stimuli

Multimodala signaler för att analysera smärta Svaren till termisk och elektrisk Stimuli

The assessment of pain relies mostly on methods that require a person to communicate. However, for people with cognitive and verbal impairments, existing ...